水解|什么？玻璃还能用剪刀剪开？！
撰文 七君
大家试过剪玻璃吗？
这不是天方夜谭 。 其实玻璃可以用剪刀剪哦 ， 但需要在水下操作 。
先看下演示（非专业人士请勿尝试！！！）——
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这段简单的视频被近百万网友围观 ， 许多人不太明白为什么水下就可以轻松剪玻璃了 。
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实际上 ， 利用水切割玻璃的技术有数百年的历史 。 莫纳什大学的工程师 Ralph Klimek 介绍 ， 以前的玻璃工就常用这招像剪窗花一样剪玻璃 。 没有水的时候 ， 他们会用口水润湿的手指摩擦玻璃 ， 然后再剪 。
中世纪的时候 ， 工匠们在切割玻璃时会把玻璃表面润湿 ， 也是运用了相同的原理 。 现在的玻璃厂在切割时也会用到水 。
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中世纪人们先用烧热的铁棒把润湿的玻璃切成大块 ， 然后再对玻璃的边角进行处理 。 图片来源：Katie Harrison
所以水下剪玻璃到底是什么原理呢？
我们在电影里常看到 ， 盗贼用钻石戒指或是碳化钨玻璃刀切割放置贵重藏品的玻璃罩 ， 这是因为钻石和碳化钨比玻璃硬得多（碳化钨的莫氏硬度是9.5左右 ， 钻石是10 ， 普通玻璃是6左右） ， 因此可以在施加很少的力的情况下把玻璃剌开 。
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007电影Skyfall中用玻璃刀切割玻璃的一幕
如果没有钻石那样硬的东西 ， 要让玻璃碎裂 ， 就要施加很大的力 ， 比如用拳头砸 。 巨大的应力会让玻璃的裂痕不受控制 ， 因而无法实现精准切割 。 所以精准切割的关键就是用小力+硬物 。
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真的钻石硬度大于普通玻璃 ， 因此可以再玻璃上留下刮痕 。
但是众所周知 ， 普通剪刀很难划破玻璃 ， 为什么在水下就能做到了呢？
简单来说 ， 水为剪刀加持了魔法化学buff ， 相当于让剪刀一下子硬上了20倍 。
这件事要从玻璃的构成说起 。 玻璃的主要成分是二氧化硅 ， 硅和氧形成了一个四面体的结构 ， 四个氧原子包着一个硅原子 。 下图中硅原子和氧原子之间的棒槌就是让它们结合的共价键 。
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不过 ， 四面体二氧化硅有一个特点 ， 那就是容易受到水中氢氧根（OH–）的亲核攻击：硅原子更容易受到氢氧根的吸引 ， 因此硅氧之间的共价键很容易被氢氧根打断 。 这个过程就是玻璃的水解 。 玻璃被研究得挺多的一种腐蚀反应就是氢氧根的水解作用 。
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从下面的图中你可以看到 ， 经过氢氧根的插足 ， 玻璃分子原本的结构被破坏了 ， 硅原子和氧原子的紧密关系完全裂开 。
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水中的氢氧根可以切开硅氧键 。 图片来源：（DOI）10.1111/j.1151-2916.1983.tb15715.x
也就是说 ， 你只要剪到图左的程度 ， 水就会帮你再砍一刀 ， 帮你把两个二氧化硅分子免费拆开 。 这么一来 ， 切割玻璃所需的能量就减少了 。 美国能源部的材料化学家 Terry A. Michalske 介绍 ， 实际上 ， 氢氧根的水解作用让玻璃破裂所需的能量减少20倍 。
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